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- Herausgeber: epubli
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2020
In diesem Sachbuch geht es darum, ob und wie uns Raumfahrt unser langfristiges Überleben sichern kann, wie es um die Energiesituation der Menschheit steht und wie Raumfahrt sie lösen kann – eben hauptsächlich durch Nutzung der Sonnenenergie und wie wir die Planetoiden und Kometen als Siedlungsräume und als Rohstoff- und Energiequellen nutzen können. Es geht auch um Besiedlung & Terraforming des Planetensystems, um künstliche Habitate & Ökosphären, allgemein um unsere kosmische Zukunft und die unserer Nachfahren. Darüber hinaus behandelt es Antriebsformen für Raumflugkörper. Und schließlich: Exoleben & Superzivilisationen. Außerdem gibt das Buch Antworten und Gründe auf die Frage Warum Raumfahrt? Raumfahrt als Werkzeug oder als Selbstzweck, utilitäre und transutilitäre Gründe, Raumfahrt als kulturelle Option. Langfristig ist sie der entscheidende Weg zur Entlastung der Erde. Raumfahrt ist ein gewaltiger Evolutionssprung. Mit ihr lässt sich auf 3fache Weise Negentropie erzeugen; bei Raumfahrt geht es um den Aufbruch aus der räumlichen und zeitlichen Begrenztheit in die raumzeitliche (relative) Unendlichkeit des Universums; nur durch sie werden die Begrenzungen der irdischen Biosphäre überwunden. Dieses Überwinden eines begrenzten und bedrohten Planetenraums und das Erschließen neuer Existenzräume für das Leben in diesem Sonnensystem und - langfristig - in interstellaren Dimensionen würde alles Bisherige verblassen lassen; mit dem Anbruch des Raumzeit-Alters kann man durchaus damit rechnen, dass auch das Leben des Homo sapiens und die aus ihm entstehenden Homo sapiens spaciens, Homo galacticus und letztlich Homo cosmicus und die jeweils von ihnen hervorgebrachten Kulturen in die Transzeitlichkeit beziehungsweise Unzeitlichkeit hineinwachsen können. Warum Raumfahrt? Weil es unsere Bestimmung ist! Das Ziel ist, dem Leben jeden Platz zu erobern, auf dem es bestehen und weiter wachsen kann; jede unbelebte Welt zu beleben und jede lebende sinnvoller zu gestalten.
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Seitenzahl: 410
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Raumfahrt - wohin und wozu
VorwortEine Frage der EnergieRaumfahrt & die irdische EnergiekriseErde, Mond & geolunarer RaumMond - Missionen und Besiedlung Marsmissionen Geoengineering &TerraformingVenusterraformingMarsterraformingParaterraformingPantropie & Human EngineeringWeltraumkolonien - Städte im AllPlanetoidenKometenJupiter, Saturn und die anderen GasplanetensystemeKolonien um Schwarze LöcherKI als Querverbindung zwischen Raumfahrt und unserer ZukunftTechnologische Singularität und PosthumanismusDer kosmische ScheitelpunktPrimordiale IngenieurskünstePosthumane SuperwesenNatur-Katastrophen Künstliche KatastrophenAbschlussAllgemeinesAntriebsformen für RaumflugkörperAntriebsformen für Raumflugkörper - Ohne TreibstoffePhysikalische Denkmöglichkeiten - Designerraumzeiten & FTL-Antriebe ZeitreisenZusammenfassungKohlenstoff-LebenLeben ohne ChemieInterstellares LebenSuperzivilisationen Utilitäre und transutilitäre Raumfahrt Raumfahrt & NegentropieRaumfahrt als EvolutionssprungNachwortBegriffserklärungenVerwendete LiteraturVorwort
Stellen Sie sich vor, Sie fahren mit einem Fahrstuhl 100 m hoch und steigen in eine 3000 t schwere Rakete, die Sie in wenigen Stunden weit weg von der Erde bringt - zum Mond. Einer komplett anderen Welt, auf der noch nie jemand vor Ihnen war. Sie sind der Erste. Sie werden eine Welt betreten, auf der es keine Luft, kein Wasser, kein Leben gibt - auch wenn Ihnen Ihre Erfahrung und Ihre Fantasie Ihnen etwas anderes suggerieren - Sie sind allein. Dort wo es hell ist, beträgt die Temperatur 150º C, in der Dunkelheit, die wie mit der Schere ausgeschnitten zu sein scheint, sind es -120º C. So angestrengt Sie auch lauschen, sie hören nichts weiter außer sich selbst, den eigenen Herzschlag, das eigene Atmen... und hoch über sich sehen Sie Ihre Heimat - die blaue Erde, mit all ihren Menschen, all ihrem Leben; sie ist größer als der Vollmond auf der Erde, genauer viermal so groß. Von 1969 bis 1972 landeten 12 Menschen auf dem Mond, führten Experimente durch und stellten Messgeräte auf; was aber noch wichtiger ist, sie waren für einige Tage auf einer Welt, die sich extrem von ihrer bisherigen Heimat unterschied: keine Luft, keine Wolken, keinen blauen Himmel, keine Pflanzen, keine Tiere, keine bunten Farben; sie erlebten den Mond und er wirkte auf sie zurück - still, lautlos, trocken, staubig. Wie geht es weiter? In den nächsten Jahrzehnten werden Menschen sehr wahrscheinlich nicht nur zum Mond zurückkehren, sondern auch auf dem Roten Planeten landen und sich dauerhaft auf diesen Welten niederlassen und Kolonien gründen, sie also besiedeln. Dann, in 100 oder 1000 Jahren wird diese zukünftige Menschheit zu einer interplanetaren Spezies. Noch weiterreichende Extrapolationen gehen sogar von interstellaren Flügen aus; vielleicht von Komet zu Komet, vielleicht auch von Stern zu Stern - auf vielfältige Weise: in Multigenerationenschiffen, in relativistischen Photonenraketen oder als Emulationen. Wenn es unseren Nachfahren beziehungsweise intelligenten technischen Lebensformen gelingt, interstellare und möglicherweise intergalaktische Räume zu kolonisieren, wie werden sie dann auf das Universum und seine Entwicklung einwirken? Könnte Bewusstsein sogar zum kosmologischen Faktor werden und die weitere Entwicklung des Weltalls steuern? Zumindest die physikalischen Gesetze scheinen nicht dagegen zu sprechen... Wetter- und Klimabeeinflussung durch Lichtspiegeltechnik (LST) und Weltraumspiegel, lunares Helium-3, Photonentriebwerke, Von-Neumann-Sonden, Neutronium, Endsingularität, , ISRU, chemophysikalische Terraforming-Teilprozesse, Ballonstädte, Solarschilde, Geoengineering, Pantropie, Nanotechnologie, Computer-Gehirn-Schnittstellen, Virtuelle Realität und Emulationen, Kunstsonnen, Artilekte, KENE u.v.a.m. stehen für eine spekulative Thematik, die manchmal vielleicht eschatologisch jedoch keinesfalls esoterisch ist, sondern sich innerhalb eines physikalischen Rahmens mit zugegebenermaßen wissenschaftlich-technischen "Ultra"-Extrapolationen bewegt. Dieses Buch versucht Anregungen zu geben, Möglichkeiten anzudeuten; kurz: es wagt Visionen. Aufgrund der Komplexität dieses Themas kann es nur anreißen, andeuten; denn bis das hier Geschilderte real wird bzw. werden könnte, werden Jahrhunderte und Jahrtausende vergehen. Es sei denn, unsere Technologie, vor allem so genannte Scheitelpunkttechnologien wie Computertechnik und KI-Forschung, Gentechnik und Nanotechnologie entwickelt sich weiterhin exponentiell - dann könnten wir in 30 bis 50 Jahren die "technologische Singularität" erreichen. Und ab da könnte (fast) alles wahr werden - alle Raumfahrtprojekte wie etwa die Besiedlung des Mondes und des Mars, des Sonnensystems, der Milchstraße usw. könnten von posthumanen Exe durchgeführt werden; vielleicht erleben Sie und ich es noch; unsere Kinder und Enkel werden mit großer Wahrscheinlichkeit ein Teil davon werden - von der Postscheitelpunkt-Ära mit technologischen Möglichkeiten jenseits der menschlichen Vorstellungskraft, die für uns hier und heute an Zauberei grenzen - wie jede fortgeschrittene Technologie. In diesem Buch geht es nicht nur darum, einen Ausblick auf diese mögliche Zukunft zu geben, sondern auch, ob und wie Raumfahrt unser langfristiges Überleben sichern kann, wie es um die Energiesituation der Menschheit steht und dass Raumfahrt sie hauptsächlich durch Nutzung der Sonne lösen kann; weiterhin geht es um den Erdorbit, den Mond, den geolunaren Raum sowie die Planetoiden und Kometen als Siedlungsräume und als Rohstoff- und Energiequellen. Es werden Missionen zu den Monden und Planeten, vor allem zu Mond und Mars behandelt und das Geoengineering und das Terraforming hauptsächlich von Mond, Venus und Mars angerissen. Außerdem behandelt es weiterhin künstliche Weltraumhabitate und Ökosphären, also die Errichtung künstlicher Welten als Alternative zu planetaren und lunaren Kolonien, denn aufgrund der Endlichkeit einer Planetenoberfläche ist eine Zivilisation zur Statik verdammt, bleibt sie nur auf einer Welt - siehe Überbevölkerung, Klimaveränderungen, Abwärmeprobleme usw. Die Industrialisierung und Besiedlung beispielsweise des geolunaren Raums ließe sich leichter von Weltraumhabitaten angehen. Schließlich ist mit deren Bau die solare Ökosphäre nicht mehr nur auf die Erdumlaufbahn begrenzt, sondern kann extrem ausgedehnt werden - was auch Folgen für die "Drake-Gleichung" beziehungsweise die "SETI-Formel" hat: die Anzahl lebendtragender "Welten" kann durch die Errichtung künstlicher Habitate extrem steigen. Des Weiteren: wie lässt es sich in ihnen leben? Welche Folgen haben sie für unsere Nachfahren? „Gasplaneten als Kunstsonnen”: Gelingt die Synthese von großen Mengen Anti-Wasserstoff, zum Beispiel über die Paarerzeugung aus Laserlicht, ließen sich Antimaterie-Kunstsonnen im geostationären Orbit (GSO) oder in den Erde-Mond-Librationspunkten (EML4 und EML5) errichten, um das Erdklima etwa im Falle von Eiszeiten zu stabilisieren. Antimaterie-Kunstsonnen sind auch sinnvoll, wenn die Sonne zu einem Weißen Zwerg geworden ist. Jupiter, Saturn usw. lassen sich entweder als Rohstoffquellen für Antimaterie-Kunstsonnen verwenden oder selbst durch sukzessive Annihilation in Kunstsonnen verwandeln, wodurch beispielsweise im Jupitersystem die Galileischen Monde aufschmelzen würden und besiedelt werden könnten, da auf ihnen dann eine flüssige Hydrosphäre entsteht. Das Kapitel „Kolonien um Schwarze Löcher und die Energiegewinnung aus ihnen” handelt unter anderem von den Möglichkeiten, wie sich Energie aus ihnen gewinnen lässt, indem zum Beispiel ihre Rotationsenergie angezapft wird oder die Energie akkretiert wird, die beim Verdampfen freigesetzt wird. Viel Energie wird auch frei, wenn man sie fusioniert oder sie als Materie-Energie-Wandler verwendet. Welche Möglichkeiten ergeben sich weiterhin, wenn sie mit Wurmlöchern wechselwirken? Sogenannte "Scheitelpunkttechnologien" wie die Nanotechnologie, die Gentechnologie, die Computertechnologie und die VR-Forschung, die auch für die Raumfahrt essentiell sind, werden zur technologischen Singularität führen; da sich Technologie exponentiell entwickelt, wir aber linear denken, trennt uns eine Mauer technologischer Innovationen von der Zukunft; egal wie wir uns heute bemühen, werden wir uns nie glaubhaft vorstellen können, was jenseits dieser Mauer liegt. Wird sie unsere Zukunftsfantasien und -ängste gegenstandslos machen? Werden potenzielle natürliche und künstliche Katastrophen für eine zukünftige Menschheit zur Gefahr oder können unsere Nachfahren planetare, stellare und kosmische Gefahren verhindern? Falls nicht - wie werden sie damit umgehen? Ganz zu schweigen von Kriegen und Katastrophen, denn eine absolut sichere Technologie wird es wohl auch in Zukunft nicht geben: Nanotechnologie könnte zu einer "Grauschleimkatastrophe" führen; oder man stelle sich ein kosmisches "Tschernobyl" vor... Dieses Buch ist als positiver und langfristiger Zukunftsentwurf zugegebenermaßen spekulativ, doch gerade in Zeiten von Wirtschaftskrisen, Klima- und Umweltkatastrophen erscheint es durchaus angebracht zu sein, denn es befasst sich mit den langfristigen Perspektiven und Möglichkeiten, die sich der Menschheit durch die Raumfahrt potenziell ergeben, die außerdem ein Indiz dafür sind, dass unser Bewusstsein zu einem kosmologischem Faktor werden kann, der letztlich die weitere Entwicklung des Alls steuern kann. Thomas Ahrendt Winsen/Aller April 2020
Eine Frage der Energie
Die Sonne liefert rund 105 Terawatt Energie auf der Tagesseite der Erde - das ist 10.000mal mehr, als unsere Zivilisation benötigt. Etwa 103 Terawatt gehen in die globale Windzirkulation und 6 Terawatt in den weltweiten Wasserkreislauf. Von den 1,56 Trillionen kWh, die von der Sonne auf die Erde kommen, strahlt diese etwa 64 % als Wärme wieder ab; erzeugen wir zusätzlich Energie, steigt die Erdtemperatur. Erlauben wir uns einen Anstieg um 1º C, dürfen wir maximal 13 Billiarden kWh zusätzliche Wärme erzeugen. Sollte sich die Weltbevölkerung im Jahr 2100 bei 8,5 Milliarden stabilisieren, ergäbe sich ein Primärbedarf von 745 Billionen kWh (thermisch). Würde man den Weltenergiebedarf elektrisch decken, würde sich dieser Bedarf auf 510 Billionen kWh (elektrisch) verringern, weil sich elektrische Energie fast verlustfrei verwenden lässt. Würde man 15% der Sonneneinstrahlung in elektrische Energie umwandeln, könnte eine Fläche von 530 x 530 km für diese Leistung ausreichen. Mit schnellen Brutreaktoren ließe sich die verfügbare Nuklearenergie von 900 Billionen kWh auf 450000 Billionen kWh verfünfhundertfachen. Die Deuterium-Tritium-Fusion könnte wegen der begrenzten Lithium-Vorräte nur 150.000 Billionen kWh liefern, d.h. nur 200 Jahre lang den Bedarf decken. Erst durch die schwierigere Deuterium-Deuterium-Fusion ließe sich eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle anzapfen. Die irdische Energieproduktion muss stark ansteigen, um den Entwicklungsländern einen mit den Industrieländern vergleichbar hohen Lebensstandard zu ermöglichen. Lokalen thermischen Belastungen muss durch sorgfältige Verteilung der Kraftwerke vorgebeugt werden. Energie muss noch mehr und besser ausgenutzt und eingespart werden, etwa durch erhöhte Wirkungsgrade. Ob die Kernkraft trotz Tschernobyl und Fukushima weiterhin noch als Brückentechnologie verwendet werden wird, kann nur die Zukunft zeigen. Andererseits empfiehlt es sich, sie so lange wie möglich weiterzuverwenden, auch wegen der Umweltverschmutzung durch fossile Brennstoffe und weil Erdölprodukte für den Verkehr und die chemische Industrie als Rohstoff unverzichtbar sind. Trotzdem viele Menschen zum Beispiel durch Tschernobyl nuklear geschädigt wurde, sterben sehr viel mehr Menschen durch Luftverschmutzungen. Weiterhin wäre es unverantwortlich gegenüber der Zukunft, die Fusionsforschung nicht voranzutreiben, auch wenn der kommerzielle Einsatz noch mehrere Jahrzehnte dauern sollte. Im Jahr 2000 betrug die überschüssige Wärme, die von Kraftwerken, Gebäuden usw. abgegeben wurde, nur den tausendstel Teil der Wärme, die die Erde von der Sonne erreicht; doch in weiteren 100 Jahren könnte sich die Temperatur der Erde zusätzlich zum Treibhauseffekt noch durch diese Abwärme merklich erhöhen. Somit ist auf der Erde im Gegensatz zum Weltraum als unendliche Wärmesenke keine unbegrenzte Energiezunahme mehr möglich. Infolgedessen müssen Industrie und Kraftwerke in den Weltraum verlagert werden; weiterhin muss der irdische Energieverbrauch wegen Abwärme und Treibhauseffekt "gedeckelt" werden - und damit ist auch der Bevölkerungszahl der Erde - außer aus Platzmangel - eine weitere Obergrenze gesetzt. Selbst wenn sich eine unerschöpfliche Energiequelle finden ließe, wäre ein unbegrenzter Energieverbrauch wegen der Abwärme nicht zu realisieren - jedenfalls nicht auf der Erde, allenfalls im Weltraum (verdammte Thermodynamik, verdammte Entropie). Das hypsithermale Limit, also die planetarische Hitzetoleranz, beträgt für die Erde zwischen 100 und 1000 kW pro Person, abhängig vom Treibhauseffekt und der Sonneneinstrahlung. Seit Anfang der 1980er verdoppelt sich der Energieverbrauch etwa alle 10 Jahre - doch selbst mit einer unerschöpflichen Energiequelle wäre sehr schnell ein Stadium erreicht, in dem mehr Abwärme in die Atmosphäre gelangt als in den Weltraum abgestrahlt werden könnte. Sollte sich der Energieverbrauch auch in Zukunft alle 10 Jahre verdoppeln, würde man um 2080 herum 1024mal so viel Energie verbraucht haben wie im Jahr 2000. Um 2100 wäre die Erde dann ein heißer, eisfreier Planet wie die Venus. Doch damit die Erdtemperatur im Gleichgewicht bleibt, muss genau so viel Wärme in den Weltraum abgestrahlt werden wie wir umsetzen. Eine Zeitlang ließe sich die Albedo erhöhen; weiße Polarkappen sind zur Zeit die wirksamsten Abstrahlflächen. Denkbar wären zwar große weiße Flächen auf den Ozeanen, doch früher oder später wird eine Grenze erreicht. Aus Platzmangel, Treibhauseffekt, Abwärme usw. ergeben sich also Wachstumsgrenzen für planetare Zivilisationen, die nur durch eine Auswanderung in das Weltall überwunden werden kann. Lässt das Bevölkerungswachstum etwa durch Aussiedlung nach, stabilisiert sich der Energieverbrauch. Ein zweiter Ausweg wären Energiequellen, die den Treibhauseffekt nicht verstärken und auch keine Abwärme abgeben: fossile Brennstoffe machen beides und Atomkraftwerke geben immer noch Abwärme frei. Auf und außerhalb der Erde gibt es viele, auf Sonnenwärme basierende Energiesysteme: das Sonnenlicht, die Fotosynthese, Wind und Wellen. Gezeiten und geothermische Energie sind weitere, bei deren Nutzung keine Zusatzwärme frei wird. Diese drei Hauptquellen der "freien Energie" sind Energiequellen, die sich immer wieder selbst erneuern und werden deshalb auch als "invariante Energiesysteme" bezeichnet. Die Gezeiten in den Ozeanen entstehen aus der kinetischen und potenziellen Energie des Erde-Mond-Systems, also aus der Schwerkraft und machen 0,002% des gesamten Erdenergiepotenzials aus. Die geothermische Energie aus dem heißen Erdinneren, die bei heißen Quellen und Vulkanen frei wird, trägt zu 0,02% zur irdischen Gesamtenergie bei. Über die Sonneneinstrahlung werden 1,73 x 1,73 x 1017W von der Erde aufgefangen; das sind über 99,98% des gesamten Erdenergiepotenzials. Von diesen werden 30% als Kurzwellen in den Weltraum reflektiert, 47% von den Ozeanen, den Landmassen und der Atmosphäre absorbiert und in Wärme umgewandelt, die die Erde auf ziemlich konstante Temperatur hält. Die restliche Energie wird bei der Wasserverdunstung verbraucht sowie für Winde, Wellen, Strömungen und die pflanzliche Fotosynthese. Sterben Pflanzen ab, wird die für die Fotosynthese aufgenommene Energie wieder frei; ein Bruchteil davon als fossile Brennstoffe. Gezeiten und geothermische Energie sind nur lokal relevant; sie reichen nicht aus, um den menschlichen Energiebedarf zu decken. Die Summe der Gezeitenenergie würde den Energiemangel nur mildern, während die ökologischen Schäden wie zum Beispiel Lebensraumvernichtung etwa durch entsprechende Umbauten ungleich höher wären. Die geothermische Energie ist nur vereinzelt nutzbar und Vulkanausbrüche würden entsprechende Kraftwerke zerstören. Außerdem verursacht der hohe Mineralgehalt von Wasser aus unterirdischen Quellen Korrosionsprobleme. Alkohol als Ersatz für fossile Brennstoffe hat den Nachteil, dass diese Pflanzen zwar Treibstoff produzieren, aber nicht mehr als Nahrung bereitstehen. Es wäre besser, Sonnenenergie aus unfruchtbaren Gebieten wie Wüsten, Ozeanen oder den Polkappen zu beziehen, idealerweise aus Gebieten bis zu 30º oberhalb und unterhalb des Äquators, weil die Sonneneinstrahlung dort nahezu senkrecht ist. Weiterhin ließe sich der Wirkungsgrad durch technologische Fortschritte von 14% auf 25% und mehr hochschrauben. Die Sonnenenergie heizt oberflächennahes Meereswasser auf; die Wärmedifferenz zwischen hohen und tiefen Schichten ließe sich zur Energiegewinnung nutzen. Meeresströmungen wie zum Beispiel der Golfstrom, die ebenfalls von der Sonne angetrieben werden, könnte man durch Unterwasserturbinen anzapfen. Selbst der Wasserkreislauf wird in Form von Stauseen zur hydroelektrischen Energiequelle. Allgemein ist das Problem regenerativer Energiequellen jedoch ihre Großflächigkeit oder anders ausgedrückt, ihre mangelnde Konzentration. Für ein 1-Gigawatt-Sonnen-Kraftwerk wären zum Beispiel 20 bis 70 km² Fläche nötig. Sonnenenergie wird hauptsächlich aus politischen Gründen noch nicht in großem Maßstab genutzt. (Das Projekt "Desertec" ist leider "im Sand verlaufen".) Schwankungen bei invarianten Energiesystemen müssen außerdem durch Energiespeichersysteme ausgeglichen werden. Um nun die Biosphäre zu erhalten, müssen regenerative Energiequellen beziehungsweise "invariante Energiesysteme" sparsam genutzt und/oder die Schwerindustrie in den Weltraum verlagert werden. Der Weltenergiebedarf an Primärleistung für elektrischen Strom, Wärme, Verkehr usw. beträgt gegenwärtig rund 12 Terawatt; dieser wird mit der zunehmenden Industrialisierung der "3.Welt" und Zunahme der Weltbevölkerung in den nächsten Jahrzehnten noch steigen. 85% des Energiebedarfs werden durch fossile Brennstoffe gedeckt, die dabei freigesetzten Treibhausgasemissionen schädigen das Klima. Außerdem sind in den nächsten 100 bis 200 Jahren die Vorräte an Kohle, Gas und Öl mit hoher Wahrscheinlichkeit erschöpft. Die Nutzung langfristiger irdischer Alternativen wie zum Beispiel regenerative Energien, also Sonne, Wind, Wasser, Biomasse und Geothermie ist von wirtschaftlich-politischen Faktoren abhängig und bis zur kontrollierten und wirtschaftlichen Kernfusion wird es noch einige Jahrzehnte dauern. Prinzipiell könnte die ganze Erde durch einen geeigneten Energiemix nachhaltig und zeitlich unbegrenzt versorgt werden. Die technischen Herausforderungen bestehen in der effektiven Energieumwandlung - hauptsächlich in Strom und in ihrer Speicherung, etwa in kühlfreien supraleitenden Spulen und auch in Wasserstoff über die Elektrolyse von Wasser. Ein hochtechnologisches Projekt zur Energiegewinnung wäre folgendes: das Abschmelzen der 2 km bis 3 km hohen Grönlandeiskappen könnte hydroelektrische Anlagen mit rund 200 Gigawatt möglich machen, was 200 großen Atomkraftwerken entspräche. Außerdem ließe sich das Gletschereis als Material für Dämme und Kanäle benutzen. Nach einem anderen ehrgeizigen Vorschlag würde der Niger durch die Sahara unter dem Mittelmeer hindurch über die Alpen nach Deutschland umgelenkt, wo das warme Wasser nutzbringend verwendet wird. Probleme der Energieerzeugung hängen eng mit Problemen der Energieübertragung zusammen, denn wird diese ineffizient verteilt, etwa durch hohe Übertragungsverluste, nützt auch die beste Energiequelle nicht viel. Werden große Mengen elektrischer Energie in der australischen Wüste oder im Golfstrom erzeugt, braucht man effiziente Methoden einer internationalen Energieverteilung, zum Beispiel eine kabellose Übertragung mittels Laser oder Höchstfrequenz. Oder die Energie müsste gespeichert werden und in chemischer Form - etwa als Wasserstoff - transportiert werden. Der Bau globaler und orbitaler Energienetze ist sowohl von Konzernen und Banken, aber auch von Ingenieuren abhängig, jedenfalls bis es ausgereifte Nanotechnologie gibt.
Raumfahrt & die irdische Energiekrise
Raumfahrt hat das Potenzial, die irdische Energiekrise zu entschärfen oder sogar gänzlich zu lösen, etwa mittels Lichtspiegeltechnik (LST), also das Sonnenlicht umlenkende Spiegel, und Energiesatelliten, eventuell in Verbindung mit der Wasserstofftechnik und Brennstoffzellen und mit Zimmertemperatur-Supraleitern. Umlenkspiegel würden den diversen irdischen Solarenergieanlagen (Sonnenkollektoren, Solarzellen) dann zusätzliches Sonnenlicht vor allem über einen längeren Zeitraum zustrahlen und so deren Effektivität steigern. Mit derart verstromter Sonnenenergie ließe sich Wasser durch Elektrolyse aufspalten, der Wasserstoff transportieren und in den Brennstoffzellen wieder verstromen. Weltraumgestützte Solar-Energiesatelliten würden den irdischen Empfangsantennen dementsprechend Mikrowellen oder Laserstrahlen zustrahlen, die dann verstromt werden. Mit der so gewonnenen elektrischen Energie ließen sich wiederum Wasser elektrolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten, somit die Sonnenenergie speichern und über Brennstoffzellen wieder verstromen. Zimmertemperatur-Supraleiter ermöglichen den verlustlosen Stromtransport, ohne - wie der Name schon sagt - Kühlung, da die "Sprungtemperatur" bei Zimmertemperatur liegt, also um rund 20°C. (Wobei im Weltraum selbst keine Kühlung notwendig ist. Auf der Nachtseite des Mondes z.B. liegen die Temperaturen bei -130°C, nach anderen Quellen sogar bei -173°C.) Vielleicht erfolgt die globale Elektrizitätsversorgung ausschließlich mit irdischen Solar-Kraftwerken? Die Sonne strahlt gut 8000 mal so viel Energie auf die Erde, wie wir sie zur Zeit verbrauchen; 7 große solarthermische Kraftwerke am Äquator (siehe "Desertec") könnten 23.000 Terawattstunden auf 4,7% der Wüstenflächen oder fast 0,05% der gesamten irdischen Landmasse erzeugen. Ein 82.000 km langes Gleichstrom-Hochspannungsnetz würde den Strom für 0,29 US-Dollar (2007) pro kWh zu den Verbrauchen liefern. Als eine Alternative zu irdischen Sonnenkraftwerken bieten sich satellitengestützte Sonnenkraftwerke an. Auf der Erde nehmen Sonnenkraftwerke viel Platz ein, da die Sonnenenergie nicht sehr konzentriert ist; im Weltraum dagegen sind Kollektoren niemandem im Weg. Ein weiterer Vorteil ist der, dass sie nachts nicht abgeschaltet werden müssen und die Sonnenstrahlung in voller Stärke und in einem breiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums genutzt werden kann. Im Weltraum bringt das Solar-Kraftwerk ca. die 5fache Leistung und, falls es schattenfrei bleibt, ein fast konstantes Energieangebot. Sind die Fragen des Transports, der Montage und seiner Wartung wie die der Energielieferung zur Erde geklärt, steht seiner Verwirklichung nichts mehr im Wege. Entweder verwendet das Kraftwerk Spiegel-Verdampfer- und Turbinen-Generator-Systeme oder Fotozellen. Teilweise wird er im Erdschatten, auch im Mondschatten liegen, die zu Abkühlungen und damit auch zu gewissen Strukturproblemen führen könnten. Durch die Schwerelosigkeit wird die Trägerstruktur nicht belastet - außer durch die Eigenmasse, die aber vernachlässigbar klein ist und somit nicht zusammenbrechen kann. Solarpaneele oder auch "Solar Power Satellites" - SPS (Solarkraft-Satelliten) im geostationären Orbit (GSO) wandeln Sonnenlicht mittels Fotovoltaik in Elektrizität um und strahlen diese über Mikrowellen zur Erde. Da der Umwandlungsgrad von Mikrowellen in Strom bei 80% liegt, wird pro Flächeneinheit 2 bis 4mal mehr Energie "erzeugt" als bei der Umwandlung von Tageslicht in Strom, wobei die Atmosphäre etwas Energie absorbiert und in Wärme umsetzt. Die Mikrowellen sind schon in der Atmosphäre soweit divergiert, dass eine Brand-beziehungsweise Verletzungsgefahr ausgeschlossen ist. Weiterhin lässt ein Sicherheitssystem den Strahl zerstreuen, falls er nicht mehr auf die Antenne ausgerichtet ist. Erfolgt die drahtlose Energieübertragung mit Laser statt mit Mikrowellen, ist die Bündelung noch besser und die Anlage wird leichter und damit billiger. Die die ins All zu transportierende Masse verringert sich erheblich, da die Antennen 50mal kleiner werden, jedoch sinkt der Wirkungsgrad bei der Umwandlung. Die Energieübertragung per Mikrowellen ist Lasern überlegen, da große Verluste bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Laserenergie auftreten und Laserstrahlen wetterabhängig sind. Um auf der Erde Strom im Gigawatt-Bereich zu erhalten, werden derartige orbitale Strukturen über 10 km² groß sein. Außerdem umfassen sie Systeme zur verlustarmen oder -freien Umwandlung der erzeugten Gigawatt-Leistung (elektrisch) und eine gut 1 km große Mikrowellenantenne mit einigen 105phasenkorrellierten Magnetrons. Die "Rectenna", die Empfangsantenne auf der Erde, wird mit vielen Dipolen bestückt sein und gut 100 km² groß sein; die Strahlungsenergiedichte wird aus Sicherheits- und Gesundheitsgründen maximal 200 W/m² betragen. Gegebenenfalls ließe sich das Land unter der Empfangsantennenfarm landwirtschaftlich nutzen. Auch wenn Energiesatelliten nicht viel wirtschaftlicher als Schnelle Brüter sein sollten, wären sie doch sicherer als diese und in Zeiten der vor allem deutschen Anti-Kernkraftstimmung (Hauptsache Strom kommt aus der Steckdose) sollten sie auf jeden Fall eine Alternative sein - die Kosten wären durch einen Ölkrieg weniger schnell rausgeholt. 10 Energiesatelliten liefern bei je 30jähriger Arbeitszeit 10 bis 32mal mehr Energie, als zu ihrer Entwicklung und zu ihrem Betrieb nötig sind. Statt die Einzelteile mit Raketen hochzuschießen, könnte man sie auch mit einem Lift oder mit einem rotierenden Seil hochbefördern... Es wird sowieso längst Zeit, eine Alternative zur Rakete zu entwickeln. Weltraumspiegel beziehungsweise Umlenkspiegel wie "Soletta" oder "Lunetta" könnten große irdische Kraftwerke in abgelegenen Gegenden, wo Umweltbelastung unkritisch ist, mit Energie versorgen, die den Strom ihrerseits ohne hohe Verluste über transkontinentale Entfernungen hinweg eventuell drahtlos über Mikrowellen oder über Supraleiter transferieren. Deren Kosten wären vergleichbar mit denen von Solar-Kraftwerken. Man könnte einen Sonnenenergiesatelliten auch auf eine polnahe, ewige Sonnenbahn bringen, bräuchte dann aber einen oder mehrere geostationäre Energiereflektoren. Soletta wäre ein glatter optischer Spiegel auf geostationärer Bahn, der Sonnenschein immer an die gleiche Stelle auf der Erde reflektiert, an der ein dauernd arbeitsfähiges Solar-Kraftwerk gebaut wird. Der von Soletta erzeugte minimale Lichtfleck hat 320 km Durchmesser. Lunetta ließe sich einsetzen, um Städte, Schifffahrtswege usw. in der Nacht zu beleuchten. Es wäre ein nur 500 m x 300 m großer Lichtspiegel in geostationärer Bahn; sein 320 km großer Lichtfleck würde auf der Erde Vollmondbedingungen schaffen. Soletta und Lunetta wurden von Hermann Julius Oberth (* 25. Juni 1894 † 28. Dezember 1989) erdacht und von Krafft Arnold Ehricke (* 24. März 1917 † 11. Dezember 1984) verbessert. Das "Solar Tower"-Konzept sieht zum Beispiel einen zentralen 15 km langen Mast vor, an dem 120 quadratische Solarsegel mit je 150 m Kantenlänge paarweise befestigt sind; jedes Paar erzeugt 7,4 MW Strom, den ein supraleitendes Kabel im Zentralmast zur Mikrowellenantenne leitet. Die 1 km große Antenne besteht aus 400.000 Magnetrons von etwa 1 kW Leistung; damit sie sich nicht gegenseitig neutralisieren, müssen sie in Phase schwingen. 450 MW elektrischer Strom könnten damit produziert werden, von denen nach Umwandlungsverlusten noch 275 MW genutzt werden können. Mit 1870 solcher Kraftwerk-Satelliten und 103 Empfangsstationen ließe sich der auf 515 GW geschätzte Strombedarf Europas 2020 komplett aus dem All decken. Wenn der Weltraumfahrstuhl gebaut wird, wird nicht nur der Bau der Energiesatelliten viel billiger, sondern er kann die Satellitenenergie in Hohl- oder Supraleitern zur Erde bringen; mit ihr ließen sich auch die Fahrstühle antreiben. Hat die Weltraumindustrialisierung dereinst große Dimensionen erreicht, könnte deren Anlagen und Maschinen die Energie von Solarenergiesatelliten geliefert werden; die Erde wäre von den Zuleitungsproblemen entlastet. Raumschiffe und vielleicht hochfliegende Flugzeuge könnten ihre Energie zukünftig von Satelliten-Kraftwerken eventuell per Laser beziehen und würden dadurch einfacher, billiger und leistungsfähiger. Durch modulare Bauweise können die Einzelkomponenten in kostengünstiger Massenproduktion hergestellt werden, außerdem können die Module schon während ihrer Montage, die größtenteils durch Roboter erfolgt, Energie liefern und sich bezahlt machen. Fallen die Transportkosten der Bauteile usw. in den GSO von zur Zeit 40.000 US-Dollar (2007) pro kg auf 500 US-Dollar pro kg, wären weltraumgestützte Sonnenkraftwerke konkurrenzfähig. Fotozellen könnten in Massenproduktion viel billiger werden, Entwicklungskosten fallen beim 2. Energiesatelliten nicht mehr an und auch dessen Fertigungszeit ist kürzer und damit billiger. Werden sie durch Roboter hergestellt und (teilweise?) durch Robonauten im All montiert - also durch Menschen und Teleroboter, könnten sie ebenfalls billiger werden. Um ihren Bau noch einfacher und damit billiger zu machen, könnten "Trägererzeuger" verwendet werden, die Metall- oder Verbundwerkstoffschienen für die Gitterstrukturen aus dem einfacher zu transportierendem Rohmaterial direkt im Weltraum herstellen. Sollten Entwicklung, Bau, Transport und Betrieb der Solarenergiesatelliten unter 1000 Euro pro kg fallen, was mit Robotern und erst recht mit Nanotechnologie und dem Weltraumlift machbar sein sollte, würden sie konkurrenzfähig zu irdischen Energieträgern, da diese jedoch zukünftig immer knapper werden, könnten Solarenergiesatelliten schon früher relevant werden und auch mit regenerativen Energieträgern mithalten oder diese überholen, denn Wind und Wasser sind schwach konzentriert, entsprechende Kollektoren müssen zahlreich über eine große Fläche verteilt sein. Also bleiben für die nächsten Jahrzehnte Kohle, Öl und Atom, bald darauf submarines Methanhydrat usw. Allerdings bleibt es wünschenswert, könnte diese Übergangsfrist verringert werden - durch Forschung, neue Technologien usw. Nun sieht die Sache noch besser aus, wenn Solarenergiesatelliten auf dem Mond oder auf ENAs, auf erdnahen Asteroiden statt auf der Erde hergestellt werden und von dort in den GSO, in den Geostationären Orbit in 36.000 km Höhe über dem Erdäquator gebracht werden. Oder aber die Anlagen verbleiben auf Mond und/oder den ENAs und nur die Energie wird von dort zur Erde gestrahlt. Wenn sich erst mal die Kosten stark verringert haben - etwa durch einen Himmelsaufzug - wird sich auch der Weltraumtourismus etablieren, zunächst im erdnahen Weltraum und später dann im geolunaren Raum und auf anderen Welten des Sonnensystems. Parallel zum Weltraumtourismus wird der Weltraum aber auch im Zuge seiner Industrialisierung zum Arbeitsplatz; dabei werden sich Computer, Roboter und Menschen sinnvoll, beinahe symbiotisch ergänzen, wie etwa beim Bau von Weltraum-Solar-Kraftwerken, Raumbasen, lunaren und planetaren Stationen und zukünftigen Weltraumkolonien... Es wurde auch vorgeschlagen, dass Solarsatelliten im Erdorbit unnötig seien; stattdessen sollte die Sonnenenergie direkt von lunaren Solarrezeptoren auf der Mondoberfläche aufgefangen, umgewandelt und über Mikrowellen zur Erde gestrahlt werden. Die Zukunft wird zeigen, ob Weltraum-Kraftwerke und/oder Kernenergie in Form von schnellen Brütern und Fusionsreaktoren für die Erd-Energieversorgung gebraucht werden. Umweltschonender und politisch leichter zu realisieren wäre es, wenn zum Beispiel lunare Rohstoffe verbraucht werden, deren Herstellung und Betrieb sicherer sind und dadurch irdische Rohstoffe gespart werden und die Umwelt geschont und nicht verunstaltet wird. Allgemein setzen jedoch hochtechnologische Zukunftsentwürfe eine weit friedlichere und kooperationswilligere Welt voraus, als sie es gegenwärtig ist . Statt oder zusätzlich zur Sonnenenergie könnte man auch von einer anderen Primärenergie (Kernenergie, Antimaterieenergie) ausgehen. Man müsste dann aber diese Anlage erst ins All verlegen, könnte aber etwa im Fall nuklearer Primärenergie die irdische Bedrohung beseitigen. Mit der Nutzung der solaren Strahlungsenergie im erdnahen Weltraum mittels SSPS (Solar Satellit Power Station), der Zuführung zusätzlichen Sonnenlichts mit Weltraumspiegeln und Speicherung der Sonnenenergie in Form von Antimaterie ließe sich das gigantische Energiefass Sonne noch von anderen Stellen anzapfen als nur vom Erdboden aus. Was die Antimaterie angeht, wäre Merkur ein vorzüglicher Ort für Antimateriefabriken da dieser atmosphärelose Planet nur 0,3 AE von der Sonne entfernt ist und seine Solarkonstante mit 9123 W/m2 gut 6,7mal höher als die der Erde ist. Intelligente Automaten, sogenannte Von-Neumann-Sonden (VNS), die sich reproduzieren und komplexe technische Aufgaben erledigen können, würden dort großflächige Solarfarmen oder kombinierte Energiewandlersysteme errichten, aus deren Elektroenergie die Antimaterie erzeugt werden würde. Menschen würden diese Anlagen wahrscheinlich auf telematischem Wege kontrollieren und überwachen. Um die Antimaterie vor normaler Materie zu schützen, würde der schließlich in Eisform erhaltene Antiwasserstoff in Magnetfelder gepackt und zum Beispiel in den Erde-Mond-Librationspunkten (EMLs) 4 und 5 gelagert. Antimaterie ließe sich vielfältig nutzen, etwa als Treibstoff für Photonenraketen, für die Erschaffung von Kunstsonnen und überhaupt zur Energiespeicherung. Kunstsonnen im GSO oder im geolunaren Raum wären neben der LST (Lichtspiegeltechnik) selbstverständlich eine weitere Möglichkeit, um Eiszeiten zu verhindern. Auch wenn die Sonne zum Weißen Zwerg geworden ist, muss das Leben auf der Erde nicht aussterben, denn durch die Herstellung künstlicher Sonnen wird eine energieautarke Umwelt möglich. Die Leuchtstärke der Kunstsonnen, also deren Intensität der Energiefreisetzung ließe sich über den Materiebeschuss regeln. Als weitere Möglichkeit verbleibt die Umsiedlung zu anderen Sternen und deren erdartigen Exoplaneten, Monden usw. die sich gegebenenfalls terraformen ließen. Kunstsonnen und interstellare Raumfahrt werden in spätestens in einigen Megajahren, wenn nicht schon viel früher, wie es die technologische Singularität postuliert, möglich werden, da keine Naturgesetze dagegen sprechen. Für beides ist die Erschaffung von Antimaterie Hauptvoraussetzung, denn nur sie hat die maximale Energiedichte wie sie Kunstsonnen und Raumantriebe brauchen. Weiterhin ergibt sich mit ihrer Synthese die Möglichkeit, verlorengehende Sonnenenergie teilweise zu speichern - für schwere Zeiten. Falls unsere Nachfahren ab dem Jahr 999.999 damit beginnen, bis zum 5. Gigajahr auch nur den 10-15 Teil der solaren Strahlungsenergie als Antimaterie zu speichern, könnten Antimaterie-Kunstsonnen 170 Kilojahre lang strahlen, wenn sie sich in EML4 und 5 befinden, und 17 Megajahre, wenn sie im GSO "stehen". Wird die Auffangfläche auf Merkur vergrößert und werden weitere sonnennahe und damit energiedichte Standorte genutzt, ließe sich diese Überlebenszeit um kosmische Epochen verlängern. Mit ausreichend sicheren Raketen scheint weiterhin die Beseitigung hochradioaktiver Abfälle in eine hohe Erdumlaufbahn, in die Sonne oder aus dem Sonnensystem hinaus wirtschaftlich attraktiv zu sein. Durch die hohe Flugrate, mindestens einmal pro Tag, wird die Wirtschaftlichkeit enorm erhöht und rechtfertigt sogar die Entwicklung von Spezialraketen. Die Entsorgung hochradioaktiven Mülls, 2 Kubikmeter und 3 Tonnen pro Jahr, könnte durch ein Raumfahrzeug erfolgen, dass von einem Raumtransporter in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht wird. Die hochradioaktiven Abfälle heizen Wasserstoff auf, der durch Raketendüsen ausströmt - wie bei einem nuklearthemischen Triebwerk. Während es von der Erde wegspiralt, hat es nach einem Jahr Fluchtgeschwindigkeit erreicht. Nach dem der Wasserstoff verbraucht und alle überflüssige Masse abgeworfen ist, entfaltet sich ein Sonnensegel und der Flugkörper spiralt mitsamt der radioaktiven Abfälle in die Sonne. (Als Nebeneffekt würde die Sonne ein abnormes Spektrum bekommen, wodurch ETIsse auf uns aufmerksam werden könnten, damit hätten wir 2 Fliegen mit einer Klappe geschlagen: Entsorgung und SETI ). Selbst wenn der gesamte Weltenergiebedarf von 500 Billionen kWh (thermisch) pro Jahr im Jahr 2070 völlig durch Fissionsreaktoren gedeckt werden würde - tatsächlich vielleicht zu 50%, weitere 33% durch Energiesatelliten und der Rest durch Methanhydrat und regenerative Energien - ließe sich das mit 2 Flügen pro Tag erledigen, wenn der Transporter 500 t befördert. Sollte man sich dazu entschließen, die Abfälle in einem großen mittelorbitalen Depot zu lagern (1500 – 2500 km, äquatornahe Kreisbahn; eine noch höhere Bahn würde die Flugkosten schnell erhöhen), wäre es permanent zugänglich, falls man es doch noch mal bräuchte, etwa zur Energieversorgung einer Raumstation oder Mondbasis usw.
Erde, Mond & geolunarer Raum
Die Weltraum-Exploration ist eine auf die wissenschaftliche Forschung, aber auch auf langfristige Nutzung und dauerhafte Präsenz der Menschheit im Weltall ausgerichtete Aktivität mit dem Ziel, den gegenwärtig begrenzten Zugang zum Sonnensystem mit Robotern und Menschen zu erweitern und nach neuen Fragen, Anwendungen und Möglichkeiten des Kommerzials zu suchen, Weltraumressourcen zu erschließen und dem Tourismus neue Möglichkeiten zu erschließen. Die Vision für eine wissenschaftliche Erkundung des Weltraums im 21. Jahrhundert sieht die Entwicklung einer logischen, systematischen und evolutionären Architektur vor, die bemannte und robotische Systeme nutzt, durch die eine permanente Erkundung des Sonnensystems möglich wird, die als globale Unternehmung konzipiert ist und nicht als Plan oder Produkt einer Raumfahrtagentur, also einer Nation. In der Raumfahrt werden zukünftig erst Ziele definiert werden und dann die Zielorte; das heißt warum eine Gesellschaft solche Unternehmungen fördern sollte und dann, welche Ziele den Imperativen genügen. Davon wird das "wie" und "wo" abgeleitet, um diese Ziele zu verwirklichen. Roboter sollten dann überall genutzt werden, wo es möglich ist; Astronauten dagegen, wo diese nötig sind. In der ersten Phase der Industrialisierung des Weltraums machen Vakuum und Schwerelosigkeit vielversprechende neuartige Produktionsverfahren möglich. Das Vakuum etwa ermöglicht die Herstellung ultrareiner Materialien. Die Schwerelosigkeit im Erdorbit sind bei genauer Betrachtung kleinste Gravitationswirkungen vom 10-5 fachen der Erdanziehungskraft, die sich in kleinen Bereichen von etwa 1 m noch um das 100fache verringern lassen. Durch diese zwei Umweltfaktoren werden Produktionsverfahren möglich, die auf der Erde nicht vorhandene Chancen erschließen. Eine Raumstation ist nötig, um Weltraumproduktionsanlagen dauernd betreiben zu können. Sie ist ein bemannter (Erd)Satellit, der regelmäßig von der Erde angeflogen wird (ein Mars- oder Venussatellit würde regelmäßig vom Mars oder von der Venus angeflogen werden), um Nachschub zu bringen, Mannschaften, Verbrauchsmaterial und Geräte auszutauschen. Der Flug von der Erde zur Raumstation ist energiemäßig aufwendiger als von der Raumstation zum Mond oder zu den Planeten - das sogenannte "1. astronautische Paradoxon". Weiterhin benötigt der Start von der Erde eine höhere Schubbeschleunigung als der Flug im All. Somit funktioniert die Raumstation auch als Umsteigebahnhof für Fernreisen, deren Bahn am besten über dem Erdäquator liegt; um die Erde zu beobachten, empfiehlt sich eine polnahe Raumstation. Die Bahnhöhe der Bahnhofstation sollte möglichst niedrig sein - etwa 450 km; ein gelegentliches Hochschieben durch Raketen oder durch das Erdmagnetfeld gleicht die Nachteile aus. LEO-Raumstationen eignen sich für eine Vielzahl von Zwecken: als wissenschaftlicher Stützpunkt für das Erdstudium, als schwereloses Labor für Experimente und zur Materialforschung, als Zwischenstation für die Treibstoffversorgung und die Wartung und Reparatur von Satelliten und anderen Raumfahrzeugen und zukünftig auch als Werft für riesige Raumschiffe, die unter Umständen wesentlich größer sind als die Raumstation selbst, die beim außerirdischen Besiedlungsprogramm inklusive der lunaren Vorhaben eingesetzt werden sollen. Durch den Shuttlebetrieb zur ISS ist es möglich, größere Objekte im All zusammenzubauen und von dort aus zu starten; dadurch brauchen die zusammengesetzten Raumschiffe die Erdanziehungskraft nicht nochmals zu überwinden. Eine frühere Mondstrategie der NASA beruhte darauf, dass alle bei den lunaren Missionen verwendeten Raumfahrzeuge im LEO nahe der Raumstation gebaut, betankt und gewartet werden, um die Kosten für die Starts von der Erde zu sparen. Dazu wollte sie eine HLLV (Heavy Lift Launch Vehicle), eine neue Schwerlastfähre mit einer LEO-Nutzlast von gut 100 t entwickeln, weiterhin OMVs (Orbital Maneuvering Vehicle), also Transporter für den Bereich der Raumstation und OTVs (Orbital Transfer Vehicle) als Transferfahrzeuge, die Nutzlasten zwischen LEO und dem Mond befördern. Alle diese Raumfahrzeuge hätten chemische Triebwerke. Mit der Saturn V oder der Energija-Rakete ließen sich allerdings ENAs oder sogar der Mars erreichen, ohne dass man auf einer Raumstation ein interplanetares Raumschiff zusammenbauen muss; vielleicht bietet sie doch keine idealen Bedingungen für wissenschaftliche Forschung. Aber sie ist mindestens eine gute Möglichkeit, Erfahrungen zum langfristigen Aufenthalt im All zu sammeln und die Beziehungen zwischen den Raumfahrtnationen zu festigen. Letztlich ist die Entsendung von Menschen (und Robonauten) zu ENAs, zum Mars und darüber hinaus ihr einziger nachvollziehbarer Zweck. Für die nächsten 50 Jahre wird sich die bemannte Raumfahrt voraussichtlich auf folgende Zielorte konzentrieren: den Sonne-Erde-Librationspunkt (SEL)2, den Mond, ENOs und Mars - inklusive Phobos und Deimos. EML1-5 und SEL1 und 2 werden zukünftige Wegstationen beziehungsweise Stufungsorte zum Wechsel von Raumschiffen sein. Nahe SEL1 und 2 sind bis 2020 mindestens 8 neue Weltraumteleskope vorgesehen, unter anderem Herschel, Planck, Gaia, Darwin - sie alle sollen das Sonnensystem und das Universum in allen Spektralbereichen untersuchen und Bildungsprozesse von Galaxien und Planeten erforschen, sowie nach Exoplaneten und nach Lebensanzeichen in deren Spektren suchen. Möglicherweise ergeben sich daraus auch Rückschlüsse auf nichttechnische ETIs. Um all das und noch mehr umzusetzen, sind GEVs (Geospace Exploration Vehicle) nötig, die zwischen LEO - etwa von der ISS - und SEL2 pendeln. Sie können entweder von der LEO oder direkt von der Erde zum SEL2 auf sogenannten "Halo-Orbits" fliegen. Halo-Orbits sind Umlaufbahnen um Librationspunkte herum; durch gravitationsunterstützte Manöver von Erde und Mond sind sie auch Ausgangsorbits für energieeffiziente interplanetare Reisen auf Hohmannbahnen. Die Erfahrungen mit dem HST (Hubble Space Telescope) zeigen, dass bemannte Missionen zur Wartung beziehungsweise Rettung von sehr teuren Observatorien sinnvoll sind, wenn sie schon bei der Konzeption der Instrumente eingeplant werden. Reisen und andere Transporte zwischen Erde und Mond sind an keine Startfenster gebunden; im Raum zwischen Erde und Mond gibt es himmelsmechanisch ausgezeichnete Punkte, die relativ leicht vom Mond aus zu erreichen sind. Der Transportaufwand für Materialien vom Mond zu einer Erdaußenstation wäre wesentlich geringer als der Aufwand für den Transport zur Erdoberfläche. Auch wenn für Mondmissionen ein direkter Einschuss in einen niedrigen Mondorbit energetisch am günstigsten ist, hat dieses Szenario jedoch mehrere Nachteile im Vergleich zu EML1 als Ziel: für die schnelle Rückkehr von Astronauten und dem Eingreifen bei Not- oder Reparaturmaßnahmen, für den Transport von großen Modulen zur Mondoberfläche oder anderen Zielen im translunaren Raum, für die Einrichtung eines Umschlagplatzes. Und für Mondoberflächenmissionen und Missionen zu ferneren Zielen wie die Erde-Mond-Librationspunkte EML1-5, NEOs (erdnahe Objekte, zum Beispiel Asteroiden), den Asteroidengürtel und Mars - unter Ausnutzung gravitationsunterstützter Bahnmanöver, die energetisch günstiger sind, jedenfalls solange bis Antriebe mit größerem Delta-V verfügbar sind, die auf Hyperbeln zu ihren Zielen fliegen. Für all das eignet sich EML1 bei einem etwas höheren Delta-V-Bedarf besser als das Apollo-Transportszenario - eben der direkte Einschuss in einen niedrigen Mondorbit. Also würde eine Raumstation in EML1 geolunare beziehungsweise cislunare und translunare Explorationsmissionen und die Monderforschung unterstützen und stark erweitern; speziell im Zusammenhang mit einem GEV kann sie nachhaltig und effizient betrieben werden und als Stufungsplattform für robotische und bemannte Missionen dienen.
Mond - Missionen und Besiedlung
Als Zwillingsplanet und engster Erdnachbar bietet sich der Mond mit seinen Ressourcen als natürlicher Raumflughafen und als Weltraumstützpunkt für Forschungsstationen und später für Kolonien an. Auf ihm lassen sich Mondproben analysieren, Weltraumstrahlung untersuchen, das Leben bei 1/6 der Erdschwerkraft erforschen und astronomische Beobachtungen im Infrarot- und Submillimeter-Bereich in schattigen und kalten polaren Gebieten betreiben. Auf der Mondrückseite können Radioteleskope für ultralange Radiostrahlung errichtet werden. Auf dem Erdtrabanten lassen sich weiterhin viele Technologien für bemannte Marsexpeditionen testen. Der Standort einer Mondstation richtet sich nach guten Transportmöglichkeiten, natürlichen Ressourcen und wissenschaftlich relevanten und erforschenswerten Objekten in nicht allzu großer Entfernung. Die Polregionen haben als mögliche Standorte die Vorteile, dass sie sich fast ständig im Sonnenlicht befinden. Dadurch ließe sich die Sonne als Energiequelle nutzen. Mit mehreren Solar-Kraftwerk-Stationen wäre eine dauernde Energieversorgung gegeben und über ein Verteilernetz ließen sich auch Stützpunkte versorgen, die nicht ständigem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Am Malarpert-Krater am Südpol ließe sich durch 2 Solarparks ständig Strom erzeugen und er könnte als Nachrichten-und Energie-Relaisstation für den Shackleton-Krater dienen, der sich seinerseits für astronomische Beobachtungen anbietet, da er sehr kalt ist und die Kraterwände die irdische Radiostrahlung abschirmen. In nahen Kratern könnte Wasserstoff vorkommen. Das Südpol-Aitken-Becken ist einer der größten Impaktkrater im Planetensystem und könnte Rückschlüsse über seinen Aufbau ermöglichen. Der Peary-Krater am Nordpol wird fast ständig beschienen und in nahen Kratern wird Wasserstoff vermutet. Am Mondäquator könnte es mehr Helium-3 geben, da der Sonnenwind steiler auftrifft. Im Oceanus Procellarum lassen Untersuchungen auf sauerstoffreiches Gestein schließen und die Helium-3-Konzentration dürfte noch viel stärker sein als auf der erdzugewandten Seite, da diese den Mond zum Teil vor dem Sonnenwind schützt. Ein Vorteil einer Mondbasis wäre, den Mond als Sauerstoffquelle zu haben, wobei der Sauerstoff zum Atmen und als chemischer Raketentreibstoff verwendet würde. Die Versorgung einer Mondbasis und einer Raumfahrzeugflotte von der Erde aus wäre weit teurer als dessen Herstellung auf dem Mond und der Weitertransport ins All, da nur 1/6 Erd-g zu überwinden ist. Der in anderen Substanzen gebundene Sauerstoff macht etwa 40 Gewichtsprozent aus und kann mit relativ einfachen Abbau- und Aufbereitungstechniken gewonnen werden. Außerdem lassen sich Titan, Aluminium, Eisen und Magnesium auf dem Mond abbauen. Da der Mond praktisch ohne Atmosphäre ist, wird der Blick ins All weder durch Wolken behindert, noch durch Luftturbulenzen verzerrt, was auch günstig für die Astronomie ist, also für die Erforschung des Universums. Durch die niedrige Mondschwerkraft und eine geologisch sehr stabile Oberfläche - typische Mondbeben liegen beim 10-8 fachen vergleichbarer Erdbeben und entsprechende Bodenbewegungen bei 10-9 m - wird der Bau großer Beobachtungsinstrumente möglich; zum Beispiel 16 m große optische Teleskope und 500 m große schwenkbare Radioteleskope. Zusätzlich lassen sich Teleskope interferometrisch zusammenschalten, wodurch deren Auflösung die von einem Einzelteleskop von mehreren Kilometern Durchmesser erreichen kann. LOUISA (Lunar Optical-UV-IR-Synthesis-Array) ist zum Beispiel ein Teleskoppark aus 2 konzentrischen Ringen mit 1,5 m-Teleskopen, mit dem man auf der Erde noch 5 Cent-Stücke große Strukturen auflösen könnte. Mit LOUISA lassen sich erdähnliche Planeten in der galaktischen Nachbarschaft finden. Ähnliche Anordnungen wären auch mit Radioteleskopen mit vergleichbaren Leistungen möglich. Der Mond wäre auch ein möglicher Standort für kosmologische Beobachtungen wie etwa für die Suche nach Gravitationswellen und kosmischen Strings (über spezielle Gravitationslinsen). Im Gegensatz zum Erdorbit ist die Mondumgebung (noch) frei von Raumschrott und damit ist die Kollisionsgefahr sehr gering. Auch wenn die Gewinnung von Rohstoffen für Vorhaben auf dem Mond und in Erdumlaufbahnen und der Betrieb von Observatorien zum Großteil automatisch durch Roboter geschehen kann, die zunehmend komplexere Handlungen ausführen können, macht die Errichtung der Mondbasis selbst eine Beteiligung von Menschen nötig. Das anfängliche Mondleben wird dem in einem Atom-U-Boot ähneln; die ersten Mondbasen werden zum Schutz vor Sonnenstrahlung und Flares wohl aus miteinander verbundenen Zylindermodulen und einer gut 2 m hohen Deckschicht aus Mondmaterial bestehen. Solarkollektoren und kleine Kernreaktoren liefern Strom für die Basis, da eine Mondnacht zwei Erdwochen entspricht. Mit dem Wachsen der Mondbasis wird der Betrieb zur Routine. Besatzungen, die aus Astronomen, Geologen, Physikern und andere Wissenschaftlern bestehen, verbleiben 0,5 bis 1 Jahr in der Basis. Sauerstoff-Gewinnungsanlagen werden zum Beispiel Einrichtungen im Erdorbit beliefern; Helium-3 , das mit dem Sonnenwind auf den Mond gelangt, wird als Brennstoff für Fusionsreaktoren Verwendung finden - all diese Aktivitäten setzen eine ausgedehnte außerirdische Infrastruktur voraus, denn für 1 kg Helium-3 müssen jedoch 105 bis 106m3 Regolith transportiert, auf 1000º C erhitzt und die freiwerdenden Gase über anspruchsvolle Destillations- und Separationsprozesse erarbeitet werden. Dafür fallen als Nebenprodukte tonnenweise Wasserstoff und andere Gase an. Existiert eine entsprechende Fusionstechnologie und sind die Herstellungs- und Transportkosten entsprechend gering, könnte der ökonomische Wert von 1 kg Helium-3 bei rund 106 Euro liegen, wenn daraus 108kWh (thermisch) oder nach Umwandlung etwa 107kWh (elektrisch) erzeugt werden und 1 kWh (elektrisch) bei 0,1 Euro liegt. Die Helium-3-Deuterium-Fusion erzeugt Helium-4, Protonen und setzt pro Reaktion 18,3 MeV Energie frei; sie erfordert wesentlich höhere Werte der Plasmaparameter und die Abstoßkräfte sind höher als zum Beispiel bei der Deuterium-Deuterium- oder Deuterium-Tritium-Fusion. Dadurch wird sie zu einer komplexeren Technologie der 2. oder erst 3. Generation von Fusions-Kraftwerken. Aber bei ihr wird die freiwerdende Energie über Protonen statt über Neutronen abtransportiert, die über Wechselwirkungen mit Magnetfeldern direkt und problemlos in MHD-Kraftwerken in Elektrizität umgewandelt werden kann. Diese spezielle Fusionsart wird auch für Raumschiffantriebe hochinteressant. Ganze Flotten von Transferfahrzeugen werden einen regelmäßigen Fährverkehr zwischen dem LEO und dem Mond und zurück aufrechterhalten. Lunare Ressourcen lassen sich auch dazu verwenden, um größere Raumstationen mit komplexeren Einsatzmöglichkeiten und ein dichtes Netz von energieerzeugenden Satelliten zu bauen. Wäre es nach dem Constellation-Programm der NASA von 2006 gegangen, sollten 2019 Menschen zum Mond und 2037 zum Mars und danach zu noch weiter entfernten Zielen fliegen; zwischen 2020 und 2024 wäre eine ständig besetzte Mondbasis errichtet worden. Das ehrgeizige und umfassende Constellation-Programm stellte den NASA-Fahrplan zur Erkundung und Erforschung des Sonnensystems mit neuen Sonden, Raumschiffen und Trägerraketen dar und umfasste unter anderem Versorgungsflüge zu Raumstationen und Mondlandungen. Das in diesem Programm enthaltene bemannte Raumschiff "Orion" basierte auf den Apollo-Kapseln. Zusammen mit den Trägerraketen "Ares I" und "Ares V" sollte es das Space Shuttle ersetzen. Mit der Altair-Landefähre hätte man dann auf dem Mond landen können, dieses Mondlandemodul wäre mit einer Ares-V-Rakete in die Umlaufbahn gebracht worden, um dort mit dem Orion-Raumschiff zusammenzukoppeln, das seinerseits mit einer Ares-I in den LEO transportiert worden wäre. Ähnlich wie beim Apollo-Programm wäre der Komplex zum Mond geflogen. Die Altair-Mondlandefähre war zweiteilig konzipiert: eine Abstiegsstufe hätte den Großteil des Treibstoffs, des Sauerstoffs und der Stromversorgung enthalten und die Aufstiegsstufe die Astronauten, die Lebenserhaltungssysteme und Treibstoff für den Aufstieg. Mit der Altair hätten 4 Astronauten eine Mondmission durchführen können; das Orion-Raumschiff hätte unbemannt in einer Mondumlaufbahn verbleiben können. Doch es kam mal wieder anders als geplant.
Zukünftige Routinemondflüge werden in Modulen stattfinden, die an thermonukleare Antriebsstufen gekoppelt sind. Die Astronauten steigen dann von der Raumstation in eine Kapsel um, die an eine Antriebseinheit gekoppelt wird und zum Mond fliegt, im Mondorbit löst sich die Kapsel von der Antriebseinheit und landet mit eigenen Triebwerken und Treibstoff. Die Antriebseinheit könnte im Mondorbit wiederbetankt werden und mit einem anderen Transportmodul zurück in den LEO fliegen. Zukünftige Mondlandungen könnten auf Luftkissen statt auf Raketentreibstoff basieren, oder die Landung erfolgt ganz flach auf einer präparierten Sandlandebahn mit Kufenbremsung. Eine Mondstation könnte Treibstoff und Material (als Zwischenstation) für weiter entfernte Raumfahrtziele bereitstellen. Der Mond hätte als Basis für zukünftige interplanetare Missionen die treibstoffsparenden Vorteile einer geringen Fluchtgeschwindigkeit und fehlender Atmosphäre. Auf ihm ließen sich Erfahrungen für Marsmissionen und andere Kolonisationsprojekte (die großen Jupitermonde und Titan betreffend) sammeln und entsprechende Technologien testen. Er wäre ein ideales Forschungs- und Testgebiet, da viele Projekte und Experimente eine sterile, luftleere oder schwerkraftarme Umwelt benötigen, zum Beispiel nanotechnologische oder zoologische Forschungsprojekte. Der nächste Schritt könnte die Errichtung einer Mondbasis sein. In mehreren Missionen würden unbemannte Raketen die zum Aufbau nötigen Materialien zum Erdtrabanten bringen und ihre Nutzlasten dicht beieinander landen lassen, damit sie leicht gefunden und zusammengebaut werden können. Die Besatzung der Mondbasis würde in einem Shuttle zur ISS fliegen und von dort aus in ein Mondraumschiff umsteigen, dessen Nutzlast ein Vielfaches der Apollokapseln wäre. Ihre Rückkehr würde analog, aber umgekehrt erfolgen. Vorher jedoch würden robotische Lander wiederverwendbare Start- und Landesysteme testen und Treibstoffvorräte deponieren. Ab 2015 könnten bemannte Mondflüge stattfinden, um einen längerfristigen Aufenthalt auf fremden Himmelskörpern zu trainieren, was zum Beispiel eine autonome Energieversorgung und den Aufbau von Wohnungen und Lebenserhaltungssystemen einschließt. Zuerst würden die Astronauten (oder Kosmonauten oder Taikonauten) das eigene Raumschiff als Unterkunft benutzen, um dann Materialien aus den vorher gelandeten Transportraketen einzusammeln und daraus die Basis mit Wohn-, Schlaf- und Forschungsräumen errichten. Vorstellbar wäre auch der Einsatz aufblasbarer Konstruktionen, da sie geringere Masse haben und schnell einsetzbar sind; vielleicht werden sie auch als Notfalllager verwendet. Ein mögliches Basislager wäre z.B. für 10 Personen und für 6 Monate eingerichtet, in denen Forschungs- und Wartungsarbeiten durchgeführt werden und eine lunare Produktionsstätte errichtet wird. Solare und nukleare Energieversorgung sowie die Herstellung von Treibstoffen, Wasser, Sauerstoff usw. machen die Mondstationen und -basen langfristig unabhängig von Erdlieferungen. Richtig große Mondkolonien könnten dann in Mondkratern errichtet werden, in denen Wassereis vermutet wird. Wasser und Luft ließen sich sonst auch - mit mehr Aufwand - aus Ilmenit herstellen; das Wasser würde z.T. per Elektrolyse oder Photolyse in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, der Sauerstoff verflüssigt und als Atemluft und als Treibstoff verwendet. Der Wasserstoff verbleibt in der Fabrik und wird wieder dem Ilmenit zugefügt. Der Mondtreibstoff - Wasserstoff und Sauerstoff - ließe sich für die Rückkehr der Astronauten zur Raumstation im LEO verwenden oder für die Versorgung der Raumstation oder interplanetarer Raumschiffe und würde mit unbemannten Transportschiffen vom Mond z.B. zum LEO befördert. Wenn die ersten Mondstationen und -basen erfolgreich waren, kann die permanente Mondbesiedlung beginnen, deren Bedarf an Versorgungsgütern und Maschinen von der Erde zumindest in der Anfangszeit noch groß sein wird. Um daher diese Transportkosten auf ca. 20 US-Dollar pro kg zu verringern bedarf es neuer Raumfähren und ferngesteuerter unbemannter Mondlanderaumschiffe. Unbemannte Versorgungsraketen werden die Materialien für den Bau größerer Siedlungen liefern, die in Containerbauweise zusammengesteckt werden können; außerdem wird es ein weitverzweigtes System aufblasbarer Außenstationen für etwa 12 Leute mit bis zu 16 m Durchmesser geben. Vielleicht wird man die Aufenthaltsdauer der Mondastronauten wegen schwieriger Lebensbedingungen und Langzeitauswirkungen von Strahlung und geringer Schwerkraft auf maximal 60 Tage begrenzen. Während die Erzabbaumaschinen anfangs noch von der Erde kommen, stellt die Mondbevölkerung sie später selbst her und aus weiteren Erzen werden Baumaterialien für feste Siedlungen jenseits der Containerdörfer gefertigt. Die Energiegewinnung vor allem mit Solar-Kraftwerken erlaubt nicht nur eine eigene Energieversorgung der Mondbewohner, sondern macht weitere Aktivitäten möglich, vor allem kann der Außenposten die Mondbodenschätze ausbeuten; in großen Fabriken wird aus Ilmenit Wasserstoff und Sauerstoff gewonnen, um die Abbaueinrichtungen mit Luft und die Maschinen mit Treibstoff zu versorgen. Mit lunar erzeugten Treibstoffen ließen sich die Kosten für Flüge zwischen Erde und Mond reduzieren; gleiches gilt noch mehr für ENO-Treibstoffe. Statt chemischer Triebwerke oder in Ergänzung zu ihnen könnte der Erde-Mond-Verkehr auch mit Seilschleudern stattfinden und/oder mit "Lunar Mass Drivern", elektromagnetischen Kanonen von vielleicht 200 m Länge, die bis zu 4 kg schwere Pakete mit 2,4 km/s in die Mondumlaufbahn oder in einen der EMLs schießen. Durch die Mondgravitation werden sie auf ca. 70 m/s abgebremst, automatisch eingefangen und von einer Fabrik im Mondorbit oder in EML4 oder EML5 weiterverarbeitet. Die Endprodukte werden entweder zur Erde oder zurück zum Mond befördert. Noch weiter geht das Konzept der automatischen Mondfabriken, die für minimalen Personaleinsatz vorgesehen sind. Nach der Erzanlieferung sind diese Maschinen allein fähig, dieses zu zerkleinern, abzupacken und abzuschießen. Aus anderen Mondrohstoffen erzeugen die automatischen Fabriken Material für größere Habitate und Maschinen, was schließlich zur Bildung ganzer Industriekomplexe auf dem Mond führen wird. Um die von der Erde importierten Lebensmittel durch frische zu ergänzen und später zu ersetzen, werden immer größere Ansiedlungen Gewächshäuser haben, selbst Tierzüchtungen sind möglich, allerdings müssten die Schwerkraftauswirkungen noch erforscht werden. Nach ca. 50 Jahren könnte eine Mondkolonie autonom werden und deren Bewohner sich zu einem Paraterraforming entschließen. Dazu wird der (ganze) Mond unter einem Glasdach verpackt, um Atmosphäre und flüssige Hydrosphäre langfristig, also über Mega- und Gigajahre zu halten, die sonst wegen der geringen lunaren Oberflächenschwerkraft nach 10 - 100 Kilojahren in den Weltraum verdunsten würde. Die Mondkolonien und ihre Bewohner an sich wären schon ein Forschungsfeld; wie reagieren Menschen - auch langfristig - auf diese spezifische Umwelt? Da eine Mondkolonie ständiger solarer und kosmischer Strahlung und Mikrometeoriten ausgesetzt wäre, würde sie wohl vor allem unter der Mondoberfläche gebaut werden, entweder in natürlichen Höhlen oder die Basis wird zwar an der Oberfläche errichtet, aber anschließend unter mehreren Metern Mondstaub vergraben. Eine zukünftige Mondkolonie könnte sich vielleicht sogar mit künstlichen Magnetfeldern vor solarer und kosmischer Strahlung schützen... Der Transport von und zur Oberfläche könnte außer mit Raketen auch mit einem Weltraumlift erfolgen; für den Transport von Material und Personen zwischen den Kolonien, Lagerstätten, Kosmodromen usw. würde sich eine Magnetschwebebahn anbieten, da ihre Geschwindigkeit nicht durch atmosphärische Reibung begrenzt wird. Mit elektrodynamischen Massenbeschleunigern beziehungsweise Massentreibern lassen sich Objekte elektromagnetisch bis jenseits der lunaren Fluchtgeschwindigkeit beschleunigen. Je nach Ausrichtung der Massenschleudern können die Ladungen abgefangen werden oder auf der Erde landen. Werden die lunaren Rohstoffe auch auf dem Mond weiterverarbeitet, und fügt man die geringen Transportkosten dazu, würden Energiesatelliten, Raumschiffe, Raumkolonien usw. erheblich billiger, als wenn man sie auf der Erde herstellen und hochschießen müsste. Materialien vom Mond aus zu einer Erdaußenstation zu transportieren wäre wesentlich einfacher als ihr Transport auf die Erde. Metalle und Helium-3 wären wichtige Mondressourcen. Da flüchtige Elemente auf dem Mond kaum vorhanden sind, müssten sie von der Erde importiert werden. Gut möglich, dass der Mond längerfristig für die Versorgung der Erde mit elektrischer Energie eine wichtige Rolle spielt etwa in Form von oben erwähnten lunaren Solarfarmen oder dessen Helium-3, das entweder in irdischen oder in lunaren Fusionskraftwerken verstromt wird. Und dann könnte sich die Mondbasis zu einer kleinen Stadt mit eigener Bevölkerung und einem relativ großen Anteil von künstlichen Lebensformen entwickeln, mit Erdtourismus, Krankenaufenthalt und Alterssitz; allgemein mit einem Energie- und Rohstoffhandel und dem Bau von SSPS (Solar Satellit Power Station), künstliche Habitaten usw. Damit wird er wohl eine bedeutende Rolle bei der Erforschung der anderen Planeten und Monde spielen, zum Beispiel als Zwischenstation zum Mars. Die Entwicklung einer Mondbasis-Infrastruktur wäre unabdingbare Voraussetzung für die Marsreise; die Mondbasis wäre auch Ausbildungsstätte für Marsexpeditionen und liefert vielleicht auch flüssigen Sauerstoff als Treibstoff, falls der Marsflug mit chemischen Triebwerken stattfindet. Vielleicht starten sogar die ersten Marsschiffe vom Mond oder aus einem Mondorbit. Dann könnte die große Reihenfolge bei der Erschließung des Sonnensystems folgende sein: von der Erde zur LEO-Raumstation, von dort in den Mondorbit oder auf zum Mond. Vom Mond dann direkt zum Mars oder erst zu den Marsmonden und von ihnen aus zum Mars. Oder man macht es doch ganz anders und fliegt von der Erde entweder direkt auf den Mars oder geht zuerst auf seine Monde usw. Und vom Marssystem dann einerseits zurück zum Mond und andererseits in den Planetoidenhauptgürtel und ins äußere Sonnensystem...
Marsmissionen
Wäre der Mars der Erde so nahe wie der Mond hätten wir längst nicht so gezögert, dorthin zu fliegen. Und ein marsgroßer "Mond" hätte auch gar nicht so unwahrscheinlich sein müssen, denn wäre der etwa marsgroße Protoplanet Theia vor ca. 4 Gigajahren nicht auf der Erde eingeschlagen, wodurch der Mond entstanden ist, sondern von ihr nur eingefangen worden - wer weiß... Die Erfahrungen der Mondbesiedlung könnten sehr nützlich werden für eine nachfolgende Marsbesiedlung; vielleicht wird es aber auch anders herum kommen - erst der Mars, dann der Mond, denn der Mars bietet potenziellen Siedlern nach der Erde die angenehmsten Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Atmosphäre, Rohstoffen, Monde, usw. Die Oberfläche des roten Planeten ist etwa so groß wie die Gesamtfläche aller irdischen Kontinente. Der frühe Mars war noch erdähnlicher, seine Atmosphäre war dichter und seine Hydrosphäre noch flüssig. Doch wegen seiner geringeren Schwerkraft und der größeren Sonnenentfernung ging der Großteil der Atmosphäre verloren und infolge des geringeren atmosphärischen Drucks, der dem der Erde in 30 km Höhe entspricht, verdunstete das Wasser oder blieb als Permafrost zurück. Da Erde und Mars ihre Stellung - auch in der Ekliptik - zueinander verändern, öffnet sich nur etwa alle 2 Jahre für wenige Wochen ein Startfenster zum Mars. Man kann ihn auf einer 500-Tage-Hohmannbahn oder auf einer 1000-Tage-Hohmannbahn erreichen; die 1000-Tage-Mission setzt sich aus 200 bis 300 Tagen für den Hin- und Rückflug sowie 350 bis 550 Tage Wartezeit auf dem Mars zusammen, da beim Rückflug auf ein energiegünstiges Startfenster zur Erde gewartet werden muss, der mit relativ wenig Treibstoff auskommt. Weiterhin sind Hin- und Rückflug der 1000-Tage-Mission auf den Raum zwischen Erd- und Marsumlaufbahn begrenzt. Dagegen sind die Missionsprofile der 500-Tage-Missionen Flugbahnen mit teilweise sehr hohem Energiebedarf und führen bei Rückkehr zur Erde über die Venus und damit in große Sonnennähe, was einen entsprechenden Schutz gegen Wärme, Strahlung usw. notwendig macht. Finden die Expeditionen auf Hohmannbahnen statt, ist man an ein Startfenster gebunden, das sich nur alle 2 Jahre öffnet; eine Möglichkeit wäre, 1 Jahr für den Hin- und Rückflug und 1 Jahr Verweildauer auf dem Mars einzuplanen oder man führt eine schnellere Reise bei längerer Wartezeit durch. Zwar sind Flüge auf Hohmannbahnen energetisch am günstigsten, aber sie beanspruchen die längste Dauer. Da die solare und kosmische Strahlenbelastung die ganze Zeit über einwirkt, ist die Krebsgefahr entsprechend hoch. Bei Verwendung eines thermonuklearen Antriebs verringert sich die Hinflugzeit auf 150 - 180 Tage und das Krebsrisiko ist nur noch halb so hoch, daran schließen sich 619 Tage Wartezeit an, bis Erde und Mars in günstiger Konstellation für den Rückflug stehen und 110 Tage braucht man für den Rückflug. Die Besatzung befindet sich außerdem währenddessen im freien Fall, also in Schwerelosigkeit beziehungsweise in Mikrogravitation. Für Langzeitflüge könnte es notwendig werden, künstliche Schwerkraft durch Rotation oder Dauerbeschleunigung zu erzeugen. Schon 1947/48 plante Wernher v. Braun eine Marsflotte aus 10 Raumschiffen, die innerhalb von 8 Monaten in einer Erdumlaufbahn zusammengebaut werden sollten. Dazu sollten 46 wiederverwendbare Raumfähren die Bauteile in 950 Flügen in den Orbit bringen. Eine 70köpfige Besatzung wäre dann 8 Monate unterwegs, von denen 50 Astronauten in einem Raumschiff auf Kufen auf einem der Pole landen würden. Sie würden sich von dort aus zum Äquator begeben, um dort Landebahnen für 2 weitere Raumschiffe zu bauen, die gleich nach der Landung für den Notfall aufgerichtet werden sollen. Die restlichen Astronauten sollten auf einer Umlaufbahn in den Raumschiffen verbleiben. Nach 400 Tagen seiner Erforschung, Erkundung usw. wäre der Rückflug erfolgt. 5 Jahre vor Gagarins Flug am 12. April 1961, verringerte v. Braun seine Mission auf 12 Astronauten in 2 Raumschiffen. Auch in diesem Plan wären die Schiffe vorrangig für den Notstart vorbereitet worden, erst danach hätten sie den Planeten erforscht. Anfang der 1960er befand sich die Raumfahrt mit ähnlichen Projekten in Aufbruchsstimmung, da mit der Freisetzung der Kernenergie, Computern und der Überwindung der Erdanziehungskraft alles möglich schien.
